山区Π型截面梁涡振抑制机理研究

摘要

风嘴能有效抑制山区Π型截面梁的涡激振动，但其抑振效果对外形十分敏感，抑振机理不明.本文研究带风嘴Π型截面梁的涡激振动抑制机理.采用代理模型获得最优风嘴；基于SST k-ω湍流模型与动网格技术，对最优风嘴、较优风嘴和原始截面方案开展二维CFD数值模拟研究；基于动态模态分解（DMD）方法与随体坐标技术，对三个方案进行详细的流场模态及涡通量对比分析.结果表明：对于Π型截面梁，上部桥面和下部空腔内不稳定的涡是导致其发生涡激振动的重要原因；原始截面有明显涡振，第2阶为涡脱频率，DMD方法能够清楚地捕捉到高阶模态，涡通量较大；从第4阶模态开始，原始截面前缘诱导涡未在中部进一步发展或未能发展成较大尺度的涡，其在尾部分离后开始逐步分离消散，故前4阶为主导模态；增设最优风嘴后，从第2阶模态开始，前缘诱导涡几乎完全被抑制，不稳定的涡未能在中部继续发展形成较大尺度的涡，也未发生脱落，涡通量接近于零.故相较于原始截面，增设风嘴后可以极大改善流场的绕流流态，从而降低涡振振幅，提高涡振的稳定性.

关键词

桥梁工程 / 涡激振动 / 风嘴 / 动态模态分解 / 抑振机理

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52108433,52178452,52178451）; 湖南省科技创新计划项目（2021RC4031,2024RC3170）; 湖南省自然科学基金资助项目（2024JJ5018,2024JJ2002）; 长沙市自然科学基金资金项目（KQ2402027）